Что означает TRIM на жестком диске (HDD)?

Я исследовал новый жесткий диск, когда заметил кое-что необычное:

Это жесткий диск на 1 ТБ от Seagate, и CrystalDiskInfo показывает, что он поддерживает TRIM! Насколько я знаю, TRIM — это особенность SSD, которая позволяет контроллеру перерабатывать удаленные несохраненные страницы для улучшения производительности записи в будущем. Но HDD просто перезаписывает старые данные и не нуждается в уведомлении об удалении.

Что означает поддержка TRIM на HDD?

Это, вероятно, означает, что ваш HDD — это диск с технологией SMR. Поскольку диски SMR работают по-другому, операция TRIM необходима для улучшения производительности со временем.

Страница поддержки WD предоставляет хорошее объяснение этого:

TRIM/UNMAP поддерживается для внешних жестких дисков с внутри установленным SMR (Shingled Magnetic Recording) диском, как у SSD, для управления наборами данных и улучшения производительности SMR со временем. Одним из преимуществ шинглованной записи является то, что все физические сектора записываются последовательно в радиальном направлении и перезаписываются только после завершения круга. Перезапись ранее записанного LBA (логическая блоковая адресация) приведет к тому, что предыдущая запись будет отмечена как недействительная, и LBA будет записан в следующий последовательно физический сектор. TRIM/UNMAP позволяет ОС информировать диск о блоках, которые больше не считаются используемыми и могут быть восстановлены HDD для обеспечения полной скорости последующих операций записи.

Документация для этого диска от Seagate перечисляет поддерживаемые команды SATA и не включает TRIM в этот список.

Упомянутая документация основана на марке и модели, указанных на показанном скриншоте:

https://www.seagate.com/files/www-content/product-content/seagate-laptop-fam/barracuda_25/en-us/docs/100818135e.pdf

Сегодня я был удивлен, когда пришел новый ST2000DM008, и он заявляет о поддержке TRIM. Я заметил это после того, как команда lvcreate начала обрабатывать свободное пространство.

Система SMART сообщает о поддержке TRIM. Это как бы намекает на то, что и мой, и ваш диски являются SMR.

TRIM на SMR HDD работает схожим образом, но также и очень по-другому, чем на SSD.

В обоих технологиях диск делится на большие области, которые записываются за один раз, и в обоих случаях TRIM помогает микропрограмме делать более эффективные записи, но если углубиться в детали, они работают весьма по-разному.

SSD имеют ячейки, содержащие множество секторов, и могут читать и записывать каждый сектор отдельно, однако запись возможна только в очищенные секторы — когда вы хотите перезаписать используемый сектор, требуется:

• прочитать содержимое существующей ячейки;
• изменить сектор, который вы хотите перезаписать;
• записать содержимое в полностью очищенную ячейку;
• отправить исходную ячейку в очередь на фон для стирания и повторного использования

Эта необходимость чтения всей ячейки, чтобы записать один сектор, называется “усилением записи”. Существует отображение, которое позволяет ячейкам быть связаными с диапазонами LBA, чтобы это работало.

Когда вы удаляете файлы, команда TRIM сообщает микропрограмме SSD, что соответствующие сектора больше не используются, и микропрограмма может:

• проверить, все ли сектора ячейки TRIMмированны, и если да, отправить ячейку на стирание;
• для частично пустых ячеек решить, стоит ли копировать не TRIMмированные ячейки в пустую ячейку, чтобы TRIMмированные сектора могли быть записаны позже.

SMR HDD относятся к другому типу, так как вы можете читать сектора поодиночке, но можете записывать только всю ячейку. Поэтому, чтобы записать отдельный сектор, если ячейка используется, требуется прочитать всю ячейку, изменить сектор и записать всю ячейку обратно, как на SSD, но если диск знает, что ячейка полностью пустая, он может просто записать в нее без чтения существующего содержимого, что в два раза быстрее. Диски SMR имеют CMR-кэш, куда сначала записываются данные, а затем в фоне эти записи выгружаются в основную SMR-область. (И если вы выполняете массовые записи случайных блоков, вы можете заполнить кэш гораздо быстрее, чем он выгрузится в фоне, и тогда все замедляется в (скажем) 100 раз.)

Теперь, подумав об этом, я полагаю, что это значит, что для SMR HDD:

1. TRIM эффективен только тогда, когда у вас есть большие смежные пустые области диска – это бывает, когда диск относительно новый или когда вы создали такие области, запустив дефрагментацию. Если вы не выполняете дефрагментацию, вероятность того, что каждая ячейка содержит хотя бы один использованный сектор, возрастает, и тогда массовая производительность записи ухудшается — но если вы делаете дефрагментацию, чтобы создать большие области смежного свободного пространства, массовая производительность будет лучше.

2. Хотя TRIM и автоматическую регулярную дефрагментацию поддерживает Windows и его файловые системы и имеет графический интерфейс, другие операционные системы могут не включать TRIM автоматически для SMR-дисков или не выполнять дефрагментацию автоматически.

3. Мне неясно, были ли программы дефрагментации улучшены для выдачи команд TRIM во время дефрагментации (что было бы важно для скоростей дефрагментации) или после ее завершения (для будущих скоростей записи) или операционная система будет обрабатывать одно или оба из этого, как только сектора помечаются как неиспользуемые при дефрагментации.

4. Некоторые файловые системы просто не имеют возможности дефрагментации (например, ZFS) — так что со временем массовые записи с ZFS на SMR-дисках, вероятно, замедлятся до ползания.

5. Производительность SMR-дисков во время восстановления избыточных RAID1/5/6 или зеркал ZFS или RAIDZ будет в значительной степени зависеть от того, очищает ли код восстановления весь диск перед началом записи и выполняется ли запись затем последовательно по диску или случайным образом — с ZFS RAIDZ записи выполняются случайным образом, и время на восстановление может быть экспоненциально больше.